CN102109842B - 矿用智能瓦斯安全信息监控装置及方法 - Google Patents

矿用智能瓦斯安全信息监控装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种矿用智能瓦斯安全信息监控装置及方法，属于矿井监控技术领域。该装置包括井下瓦斯节点检测单元和手持式移动矿用智能瓦斯安全信息监控单元；采用该装置进行监控的方法，按如下步骤进行：1：初始化；2：启动Zigbee无线收发模块1和Zigbee无线收发模块2；3：对瓦斯数据的监测；4：对瓦斯数据进行分析，并判断是否超标；5：启动断电控制子模块；步骤6：启动情况查询子模块。本发明的优点：实现对煤矿井下的瓦斯监控，可突破时空限制，及时动态地掌握煤矿井下灾害异变及灾害涉及的范围，及时下达和执行井下的无线断电控制等相关指令措施，从而切断井下供电电源，有效防止井下事故发生和灾害的扩大。

Description

矿用智能瓦斯安全信息监控装置及方法
技术领域
本发明属于矿井监控技术领域，特别涉及一种矿用智能瓦斯安全信息监控装置及方法。
背景技术
当前我国煤矿安全生产形势仍然十分严峻。瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等灾害严重威胁着我国煤矿的安全生产。
采取有效措施，加快发展适于煤矿安全生产的电子产品和装备，推进我国煤矿行业信息技术应用，提高信息化水平，为提升煤矿安全生产水平做好技术支撑，是当前煤矿发展的需要，也是科技工作者义不容辞的责任和工作任务。
目前各大煤矿的瓦斯监测大致分为便携式瓦斯监测仪和瓦斯监测系统。便携式瓦斯监测仪，结构简单，携带方便，但是只有携带者能随时知道该处的瓦斯浓度，未配备以及在矿井上的工作人员不能了解矿井的瓦斯浓度情况，另一类是以PC机为主体的瓦斯浓度监测系统，在矿井下固定的地方安装瓦斯监测传感器，再通过很长的电缆把测试到的浓度等数据传到煤矿上面的控制室，缺点是它只能测固定地方的瓦斯浓度。虽然固定瓦斯监测系统大量使用，但是仍然有监测盲区，并且对于采掘面等一些危险地点，大多仍是采用专人配备瓦斯检测便携仪进行瓦斯监测。市场上还几乎没有能实现移动测量、无缝覆盖的瓦斯监测系统。
发明内容
为了克服已有技术的不足，本发明提供一种矿用智能瓦斯安全信息监控装置及方法。
该装置包括井下瓦斯节点检测单元和手持式移动矿用智能瓦斯安全信息监控单元，
井下瓦斯节点检测单元包括Zigbee无线收发模块1、瓦斯传感器、单片机、电源和断路器；
其中电源分别连接Zigbee无线收发模块1、瓦斯传感器和单片机，断路器、Zigbee无线收发模块1和瓦斯传感器分别连接单片机；
手持式移动矿用智能瓦斯安全信息监控单元包括Zigbee无线收发模块2、核心嵌入式电路、USB数据存储接口、触摸屏、USB程序下载接口、网线接口和电源接口；
其中USB数据存储接口、USB程序下载接口、网线接口和电源接口分别连接核心嵌入式电路，核心嵌入式电路的输出连接触摸屏，核心嵌入式电路的的双工端连接Zigbee无线收发模块2。
采用该装置进行监控的方法，按如下步骤进行：
步骤1：初始化；
步骤2：启动Zigbee无线收发模块1和Zigbee无线收发模块2；同时启动数据库访问子模块；
步骤3：启动瓦斯监测子模块，对瓦斯数据的监测；
步骤4：对瓦斯数据进行分析，并判断是否超标；
步骤5：启动断电控制子模块，如果瓦斯超标，则可通过断电控制子模块选定所要进行停电的区域即瓦斯突出危险区域，并远程控制用电设备断电；
步骤6：启动情况查询子模块，在正常检查作业过程中，通过情况查询子模块实现对井下所有区域进行全面综合的查询，当出现危险情况是，重点查看执行断电控制功能指令后，所有执行停电区域的情况，包括供电情况、现场环境。
所述步骤2中的数据库访问子模块，按如下步骤进行：
步骤1：初始化；
步骤2：启动数据库，数据库保存记录了历史数据和实时数据；
步骤3：读取所有查询数据的地址；
步骤4：连接数据库；
步骤5：显示数据库信息，得出所要查询的数据。
所述的步骤3中瓦斯监测子模块，按如下步骤进行：
步骤1：初始化；
步骤2：读取瓦斯监测地址，由于井下环境错综复杂，对每个区域都设定了ID值，通过读取地址数据得出具体位置；
步骤3：选取地址，Zigbee无线收发模块2收到由该地址传送过来的瓦斯数据，通过串行通信传送给核心嵌入式电路，读取串口数据；
步骤4：读出串口数据后，对其进行数据转换，得出最终瓦斯数据；
步骤5：重复以上工作，选取不同的区域，得出各ID的瓦斯数据。
所述的步骤5中断电控制子模块，按如下步骤进行：
步骤1：初始化；
步骤2：读取瓦斯超标数据，当瓦斯超标后，读取超标数据，判断进下灾害的严重程度；
步骤3：根据灾害的严重程度，发送断电指令，其中断电分一级断电和二级断电；
步骤4：Zigbee无线收发模块2读取断电指令，核心嵌入式电路确定发送断电指令后，要将指令通过串行通信传送给Zigbee无线收发模块2；
步骤5：Zigbee无线收发模块2通过串口读取断电指令后，即刻通过井下Zigbee无线网络将断电指令发送。
所述的步骤6中情况查询子模块，按如下步骤进行：
步骤1：初始化；
步骤2：读取瓦斯综合信息；
步骤3：读取综合信息后，将信息进行分类存储；
步骤4：建立数据链接，和数据库保持数据通信；
步骤5：显示操作人员所需掌握的综合信息。
本发明的优点：实现对煤矿井下的瓦斯监控，可突破时空限制，及时动态地掌握煤矿井下灾害异变及灾害涉及的范围，及时下达和执行井下的无线断电控制等相关指令措施，从而切断井下供电电源，有效防止井下事故发生和灾害的扩大。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2本发明Zigbee无线收发模块电原理图
图3本发明单片机电原理图；
图4办发明核心嵌入式电路电原理图；
图5为本发明监控方法流程图；
图6为本发明瓦斯监测子模块流程图；
图7为本发明断电控制子模块流程图；
图8为本发明情况查询子模块流程图；
图9为本发明数据库访问子模块流程图。
具体实施方式
本发明结合附图及具体实施方式进行详细说明。
本实施例中Zigbee无线收发模块1和Zigbee无线收发模块2采用的型号CC2430；瓦斯传感器选用型号为MQ-4；单片机选用型号为ATmega16；断路器选用型号为XMB0-63；核心嵌入式电路选用型号为ARM9-S3C2440；
如图1所示，该装置包括井下瓦斯节点检测单元和手持式移动矿用智能瓦斯安全信息监控单元，
井下瓦斯节点检测单元包括Zigbee无线收发模块1 CC2430、瓦斯传感器MQ-4、单片机ATmega16、电源和断路器XMB0-63；
如图2和3所示其中电源分别连接Zigbee无线收发模块1 CC2430、瓦斯传感器MQ-4和单片机，单片机ATmega16的14、15引脚分别连接Zigbee无线收发模块1 CC2430的13、14引脚；单片机ATmega16的40引脚连接瓦斯传感器MQ-4；单片机ATmega16的1引脚连接断路器XMB0-63；
如图3和4所示，手持式移动矿用智能瓦斯安全信息监控单元包括Zigbee无线收发模块2CC2430、核心嵌入式电路ARM9-S3C2440、USB数据存储接口、触摸屏、USB程序下载接口、网线接口和电源接口；
其中Zigbee无线收发模块2CC2430的14、15端口分别连接核心嵌入式电路ARM-S3C2440的RXD0和TXD0端口；USB数据存储接口连接核心嵌入式电路ARM-S3C2440的VD13和VD14端口；USB程序下载接口连接核心嵌入式电路ARM-S3C2440的VD20和VD21端口；网络接口连接核心嵌入式电路ARM-S3C2440的TXD1和RXD1端口；
采用该装置进行监控的方法，按如下步骤进行：如图5所示，
步骤1：初始化；
步骤2：启动Zigbee无线收发模块1和Zigbee无线收发模块2；同时启动数据库访问子模块；
步骤3：启动瓦斯监测子模块，对瓦斯数据的监测；
步骤4：对瓦斯数据进行分析，并判断是否超标10％；
步骤5：启动断电控制子模块，如果瓦斯超标，则可通过断电控制子模块选定所要进行停电的区域即瓦斯突出危险区域，并远程控制用电设备断电；
步骤6：启动情况查询子模块，在正常检查作业过程中，通过情况查询子模块实现对井下所有区域进行全面综合的查询，当出现危险情况是，重点查看执行断电控制功能指令后，所有执行停电区域的情况，包括供电情况、现场环境。
所述步骤2中的数据库访问子模块，按如下步骤进行：如图9所示，
步骤1：初始化；
步骤2：启动数据库，数据库保存记录了历史数据和实时数据；
步骤3：读取所有查询数据的地址；
步骤4：连接数据库；
步骤5：显示数据库信息，得出所要查询的数据。
所述的步骤3中瓦斯监测子模块，按如下步骤进行：如图6所示，
步骤1：初始化；
步骤2：读取瓦斯监测地址，由于井下环境错综复杂，对每个区域都设定了ID值，通过读取地址数据得出具体位置；
步骤3：选取地址，Zigbee无线收发模块2将收到由该地址传送过来的瓦斯数据，通过串行通信传送给核心嵌入式电路，读取串口数据；
步骤4：读出串口数据后，对其进行数据转换，得出最终瓦斯数据；
步骤5：重复以上工作，选取不同的区域，得出各ID的瓦斯数据。
所述的步骤5中断电控制子模块，按如下步骤进行：如图7所示，
步骤1：初始化；
步骤2：读取瓦斯超标数据，当瓦斯浓度超标0.1％后，读取超标数据，判断进下灾害的严重程度；
步骤3：根据灾害的严重程度，发送断电指令，其中断电分一级断电和二级断电；
步骤4：Zigbee无线收发模块2读取断电指令，核心嵌入式电路确定发送断电指令后，要将指令通过串行通信传送给Zigbee无线收发模块2；
步骤5：Zigbee无线收发模块2通过串口读取断电指令后，即刻通过井下Zigbee无线网络将断电指令发送。
所述的步骤6中情况查询子模块，按如下步骤进行：如图8所示，
步骤1：初始化；
步骤2：读取瓦斯综合信息；
步骤3：读取综合信息后，将信息进行分类存储；
步骤4：建立数据链接，和数据库保持数据通信；
步骤5：显示操作人员所需掌握的综合信息。

Claims (6)

1.一种矿用智能瓦斯安全信息监控装置，其特征在于：该装置包括井下瓦斯节点检测单元和手持式移动矿用智能瓦斯安全信息监控单元；
井下瓦斯节点检测单元包括Zigbee无线收发模块1、瓦斯传感器、单片机、电源和断路器；
其中电源分别连接Zigbee无线收发模块1、瓦斯传感器和单片机，断路器、Zigbee无线收发模块1和瓦斯传感器分别连接单片机；
手持式移动矿用智能瓦斯安全信息监控单元包括Zigbee无线收发模块2、核心嵌入式电路、USB数据存储接口、触摸屏、USB程序下载接口、网线接口和电源接口；
其中USB数据存储接口、USB程序下载接口、网线接口和电源接口分别连接核心嵌入式电路，核心嵌入式电路的输出连接触摸屏，核心嵌入式电路的的双工端连接Zigbee无线收发模块2。
2.采用权利要求1所述的矿用智能瓦斯安全信息监控装置的监控方法，其特征在于：按如下步骤进行：
步骤1：初始化；
步骤2：启动Zigbee无线收发模块1和Zigbee无线收发模块2；同时启动数据库访问子模块；
步骤3：启动瓦斯监测子模块，对瓦斯数据的监测；
步骤4：对瓦斯数据进行分析，并判断是否超标；
步骤5：启动断电控制子模块，如果瓦斯超标，则可通过断电控制子模块选定所要进行停电的区域即瓦斯突出危险区域，并远程控制用电设备断电；
步骤6：启动情况查询子模块，在正常检查作业过程中，通过情况查询子模块实现对井下所有区域进行全面综合的查询，当出现危险情况是，重点查看执行断电控制功能指令后，所有执行停电区域的情况，包括供电情况、现场环境。
3.按权利要求2所述的矿用智能瓦斯安全信息监控装置的监控方法，其特征在于：所述步骤2中的数据库访问子模块，按如下步骤进行：
步骤1：初始化；
步骤2：启动数据库，数据库保存记录了历史数据和实时数据；
步骤3：读取所有查询数据的地址；
步骤4：连接数据库；
步骤5：显示数据库信息，得出所要查询的数据。
4.按权利要求2所述的矿用智能瓦斯安全信息监控装置的监控方法，其特征在于：所述的步骤3中瓦斯监测子模块，按如下步骤进行：
步骤1：初始化；
步骤2：读取瓦斯监测地址，对每个区域都设定了ID值，通过读取地址数据得出具体位置；
步骤3：选取地址，Zigbee无线收发模块2收到由该地址传送过来的瓦斯数据，通过串行通信传送给核心嵌入式电路，读取串口数据；
步骤4：读出串口数据后，对其进行数据转换，得出最终瓦斯数据；
步骤5：重复以上工作，选取不同的区域，得出各ID的瓦斯数据。
5.按权利要求2所述的矿用智能瓦斯安全信息监控装置的监控方法，其特征在于：所述的步骤5中断电控制子模块，按如下步骤进行：
步骤1：初始化；
步骤2：读取瓦斯超标数据，当瓦斯超标后，读取超标数据，判断瓦斯突出、煤粉爆炸的井下灾害的严重程度；
步骤3：根据灾害的严重程度，发送断电指令，其中断电分一级断电和二级断电；
步骤4：Zigbee无线收发模块2读取断电指令，核心嵌入式电路确定发送断电指令后，要将指令通过串行通信传送给Zigbee无线收发模块2；
步骤5：Zigbee无线收发模块2通过串口读取断电指令后，即刻通过井下Zigbee无线网络将断电指令发送。
6.按权利要求2所述的矿用智能瓦斯安全信息监控装置的监控方法，其特征在于：所述的步骤6中情况查询子模块，按如下步骤进行：
步骤1：初始化；
步骤2：读取瓦斯综合信息；
步骤3：读取综合信息后，将信息进行分类存储；
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